基于验潮、GNSS连续运行站和浮标的卫星高度计绝对定标研究

Based on the 《Marine satellite operational development "13th five-year" plan》China will launch HY-2B satellite altimeter in 2018 and build the monitoring network of ocean dynamic environment by three on-orbit altimetry satellites. The bias of sea surface height measured by the satellite altimeter is monitored by the absolute calibration activities on the earth, which is the the prerequisite for ensuring the quality and accurate application of satellite data. Considering that there is no dedicated altimeter calibration sites in China at present and the HY-2 series satellite altimeters are urgently needed to be calibrated, in this project we proposed to research the altimeter calibration technology and the key errors using the existing coastal oceanographic stations, the GNSS continuous operating station network and GNSS buoys. The following points will be explored: 1) Analysis of sedimentation rate of ocean station and the reference unification of tide data based on GNSS stations on the same sites; 2) Technology of satellite altimeter absolute calibration and error analysis based on the multiple data observed at ocean station; 3) the detecting of wet troposhere delay based on dynamic GNSS buoy data through precise point positioning (PPP) technology and the error analysis of the wet troposhere delay derived from microwave radiometer. The absolute bias of sea surface height measured by HY-2 series and Jason series would be achieved in this project, based on which the altimetry data quality could be improved.

我国计划2018年发射HY-2B高度计卫星，2020年形成三颗卫星在轨运行的海洋动力环境监测网络，卫星绝对定标技术用于监测高度计海面高度测量偏差，是确保卫星数据质量和精准应用的前提。由于目前我国尚无专门的海上高度计定标场，而HY-2系列高度计卫星迫切需要开展定标工作，基于此本项目提出利用我国已有的海洋验潮站、沿海GNSS连续运行站和GNSS浮标等资源，研究无定标场情况下的高度计定标关键技术及关键误差。主要进行如下研究：1）并址GNSS探测的海洋站沉降速率分析及潮汐基准统一；2）基于海洋站多源观测要素的卫星高度计绝对定标技术方法及精度分析；3）基于精密单点定位技术的GNSS浮标动态大气湿延迟反演，及星载微波辐射计大气湿延迟误差特征分析。本研究将最终获取HY-2系列及国外Jason系列等卫星高度计的长时间序列绝对偏差，为降低测高数据的误差提供重要的参考。

项目围绕我国自主星载卫星雷达高度计海面测高数据产品定标的迫切需求，以我国首颗海洋动力环境卫星HY-2A卫星为研究对象，开展卫星测高绝对定标技术研究、GNSS浮标观测设备的研发和成果推广应用，形成自主知识产权的核心技术，对于我国海洋动力卫星数据的产品精度改善有重要作用。主要的研究结果如下：.1）研发了无海上定标场情况下的卫星雷达高度计绝对定标技术：本项目提出了基于我国沿海验潮站和并置GNSS连续运行站对HY-2A卫星测高数据定标的新思路。建立了卫星测高数据绝对定标的最优化处理技术，结合我国已有的沿海海洋站观测资源,确定出适用于卫星定标的站点筛选策略，构建了一种地理分布均匀的沿海定标网，并首次在黄海千里岩站点进行了示范性研究。应用该项技术，成功地实现了HY-2A卫星高度计的持续性定标，获得了卫星测量误差参数和漂移速率。.2) 研发了基于GNSS浮标的海面高度和有效波高定标技术：提出卫星测高定标流程中GNSS浮标动态数据的最优处理方案，结合GNSS差分后处理技术，解决了离岸5Okm公里的精密水位测量瓶颈，显著降低了近岸海域卫星高度计受陆地回波信号的干扰水平。通过精密单点定位技术，解决了无需GNSS参考基站的GNSS浮标波浪反演，其有效波高精度与差分解算下的精度一致，对于远海卫星高度计有效波高的标定具有显著意义。研发了深远海GNSS浮标潮位观测技术，显著提高了我国深远海海洋观测能力,为未来在深远海区域开展测高定标打下了良好的基础。.3) 建立了成像雷达高度计现场检验关键技术：针对成像雷达高度计观测高分辨率三维海面高度的特征，研发了定点GNSS浮标定标技术，建立了GNSS浮标时间域海面高度和成像雷达高度计空间域海面高度的时空统一关系，使成像雷达高度计波数谱和GNSS浮标频率谱可在统一域内进行比较。通过机载成像雷达高度计飞行试验，在国际上首次实现了成像雷达高度计的海洋领域现场检验，获得了成像雷达高度计频率域下的误差分布，增强了GNSS浮标的应用范围，极大的促进我国计划发射的成像雷达高度计卫星的定标技术发展。